Chimica organica e carbonio

Da un punto di vista chimico ciò che distingue un essere vivente dalla materia inanimata non è il tipo di elementi chimici di cui è costituito, ma la complessità con cui tali elementi si legano per dare origine alle enorme varietà delle sostanze organiche. In molti casi le macromolecole organiche raggiungono complessità e varietà ancor maggiori attraverso il processo di polimerizzazione.

Un polimero è un composto formato dalla successione di molte molecole uguali (monomeri) o di pochi tipi diversi. Uno stesso monomero può agganciarsi in modi diversi formando polimeri aventi differenti caratteristiche (il glucosio, ad esempio, forma sia la cellulosa che l'amido).

Le molecole biologiche sono composte da un numero relativamente esiguo di elementi chimici. Dei 92 elementi esistenti in natura, ne utilizzano una trentina.
Il 99% di un essere vivente è formato da:
- 6 elementi chimici: il Carbonio (C), l'Idrogeno (H), l'Ossigeno (O), l'Azoto (N), il Fosforo (P) e lo Zolfo (S).
- basse quantità di silicio (Si) e alluminio (Al).
- oligoelementi (essenziali per le funzioni cellulari.



IL CARBONIO

Rappresenta lo scheletro di tutte le sostanze organiche, infatti la chimica organica è conosciuta anche come chimica del carbonio.
Il carbonio possiede 4 elettroni superficiali che può condividere con altri elementi chimici (ed anche con altri atomi di Carbonio) per formare quattro legami covalenti stabili.
Ha la capacità di legarsi con altri atomi di carbonio per formare lunghe catene, ramificate o chiuse, mantenendo nel contempo legami liberi che vengono saturati da altri elementi chimici (essenzialmente H, O, N). In tal modo le combinazioni possibili risultano infinite.


Quando il Carbonio si lega con se stesso produce molecole dalla geometria variabile che dipende dagli angoli di legame. 3 casi:

1 - Carbonio tetraedrico
il Carbonio forma 4 legami covalenti semplici (carbonio tetraedrico). Libera rotazione intorno al legame Carbonio.

La famiglia più semplice di composti organici che esemplifica questa geometria è quella degli alcani.

alcani
sono degli idrocarburi saturi. Il termine “idrocarburi” sta ad indicare dei composti formati solo da idrogeno e carbonio. Il termine “saturi” sta ad indicare il fatto che la catena carboniosa è saturata dall’idrogeno, presenta cioè il numero massimo di atomi di idrogeno possibili. Gli alcani sono classificati in relazione al numero di atomi di carbonio che forma la catena carboniosa
La desinenza che caratterizza i loro nomi è -ano.



2 - Carbonio planare
Il Carbonio forma 2 legami semplici ed 1 doppio (carbonio planare). In questo caso i legami giacciono su di un piano a 120° l'uno dall'altro. Non vi è libera rotazione intorno al legame Carbonio-Carbonio.

La famiglia più semplice di composti organici che esemplifica questa geometria è quella degli alcheni.

alcheni
sono degli idrocarburi insaturi. Il termine “insaturi” sta ad indicare il fatto che la catena carboniosa non è completamente saturata dall’idrogeno. Nel caso specifico l’insaturazione si manifesta con la presenza di un doppio legame tra due atomi di carbonio. Idrogenando il doppio legame (aggiungendo due atomi di idrogeno) si può infatti trasformare un alchene in un alcano. Gli alcheni hanno la stessa radice dell’alcano con uguale numero di atomi di carbonio, ma cambiano la desinenza in –ene.


3 - Carbonio lineare
Il Carbonio forma 1 legame semplice ed 1 triplo oppure 2 legami doppi(Carbonio lineare). In questo caso i legami giacciono lungo una retta a 180° l'uno dall'altro
Anche in questo caso è impedita la libera rotazione intorno all'asse Carbonio-Carbonio interessato dal legame triplo.

La famiglia più semplice di composti organici che esemplifica questa geometria è quella degli alchini.

Alchini
come gli alcheni, sono degli idrocarburi insaturi. Nel caso specifico l’insaturazione si manifesta con la presenza di un triplo legame tra due atomi di carbonio. Gli alchini hanno la stessa radice dell’alcano con ugual numero di atomi di carbonio, ma cambiano la desinenza in –ino.
Legami semplici, doppi e tripli possono comunque succedersi in modi diversi all'interno di una stessa molecola organica. Naturalmente queste strutture carboniose possiedono sempre legami liberi che utilizzano per legarsi con altri elementi chimici. In questo modo essi forniscono alla molecola che si forma le sue caratteristiche chimiche peculiari e aumentano grandemente il numero di combinazioni possibili tra atomi.